�� Tienen brillo.
�� Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio (Hg) que es líquido.
�� Tienen altos puntos de fusión y ebullición, excepto el mercurio, el cesio y el galio.
�� Son buenos conductores del calor y la electricidad.
�� Son maleables, es decir, pueden formar láminas o planchas finas.
�� Son dúctiles, es decir, pueden formar alambres o hilos delgados.
�� Resisten grandes tensiones sin romperse, es decir, son tenaces.
�� En general son más densos que el agua, menos el sodio (Na), el litio (Li) y el potasio (K).
Es importante notar, que las aleaciones (mezclas de metales), también se mantienen unidas entre sí por medio de enlace metálico.
FIGURA 3.5. Algunas especies que tienen en- lace metálico: a) alambre de cobre. b) tubos de hierro (Fe). c) calcio metálico.
Actividad 3: Relacionando lo aprendido con tu vida
En grupos de tres estudiantes, respondan en sus cuadernos las respuestas de las siguientes preguntas.
1 ¿Qué especies que tienen enlace metálico utilizas con frecuencia en tu vida?
2 De las especies metálicas antes mencionadas, analiza solo tres de ellas, y para cada una de ellas contesta la siguiente pregunta:
3 ¿Dicha sustancia tiene las propiedades de los metales mencionadas más arriba? Justifi quen su respuesta.
Una vez que hayan terminado sus respuestas, elaboren una respuesta grupal breve que luego será comentada al resto del curso.
Actividad gru pal Objetivo: Relacionar las propiedades del enlace metálico con sustancias de uso cotidiano.
En el siguiente link puedes en- contrar una animación del mo- delo del mar de electrones. ¡Te invitamos a verla!
http://www.drkstreet.com/
resources/metallic-bonding- animation.swf
Averígualo…
¿Cuál es el punto de fusión del:
i) Mercurio (Hg) ii) Galio (Ga) iii) Cesio (Cs) iv) Cobre (Cu) v) Oro (Au)
vi) Hierro (Fe) a) b)
c) Practice your English
“These are the alchemical or as- trological symbols for the planets and other celestial bodies. The metals were ‘ruled’ by planets and had the same symbols”.
Puedes encontrar la traducción y explica- ción en el solucionario de la Unidad.
Desafío
¿Electrones de valencia?
Demuestra que has compren- dido ese concepto indicando en tu cuaderno la cantidad de electrones de valencia de los siguientes elementos quími- cos. Puedes apoyarte en la ta- bla periódica del texto (página 240).
a) Cs e) P b) Sr f) S c) B g) I d) C h) Xe
Símbolos de puntos de Lewis, regla del octeto y regla del dueto
El desarrollo de la tabla periódica y el concepto de configuración electró- nica dieron a los químicos los fundamentos para entender cómo se for- man las moléculas ya sean elementos o compuestos. La explicación pro- puesta por Gilbert Lewis1 es que los átomos se combinan para alcanzar una configuración electrónica más estable y la estabilidad máxima se logra cuando un átomo es isoelectrónico con un gas noble.
Cuando los átomos interactúan para formar un enlace químico, solo entran en contacto sus regiones más externas. Por esta razón, cuando estudiamos los enlaces químicos consideramos sobre todo los electro- nes de valencia de los átomos. Los químicos utilizan un sistema de pun- tos desarrollado por Lewis, donde se dibujan los electrones de valencia de un elemento como puntos o cruces. Esta representación recibe el nombre de símbolo de Lewis.
Los metales de transición, los lantánidos y los actínidos tienen capas in- ternas de electrones incompletas, y por tanto, no es posible, escribir sím- bolos de Lewis para ellos.
El símbolo de Lewis es una herramienta útil para los elementos de grupos A, donde la cantidad de electrones de valencia coincide con el número del grupo del elemento.
Entonces, para realizar el símbolo de Lewis de un elemento:
1. Escribimos el símbolo del elemento, supongamos nitrógeno (N), sa- biendo que para dibujar solo dispondremos de cuatro zonas (arriba, abajo, izquierda y derecha, que se muestran como rectángulos), cada una de las cuales puede aceptar solo dos puntos (dos electrones):
2. Determinamos la cantidad de puntos (o cruces) que dibujar alrede- dor del símbolo del elemento. En este caso, de acuerdo a la configu- ración electrónica más externa (2s22p3), el N tiene 5 electrones de valencia (pertenece al grupo V–A) y por tanto cinco puntos.
1 Gilbert Newton Lewis (1875-1946). Químico estadounidense. Lewis realizó importantes contribu- ciones en el área del enlace químico, termodinámica, ácidos y bases, y espectroscopía. A pesar de la importancia del trabajo de Lewis, nunca se le otorgó el Premio Nobel.
N
Recordando...
Isoelectrónicos:
Especies que poseen el mismo número de electrones, y por tan- to la misma confi guración elec- trónica del estado basal.
Aclarando conceptos Los electrones de valencia son aquellos electrones ubicados en el último nivel de energía y también corresponden al grupo en el que se sitúa el elemento químico.
Actividad indiv idual
UNIDAD 3: Enlace químico y fuerzas intermoleculares
primero con un electrón y solo cuando ya no quedan espacios va- cíos, se dibujan dos electrones juntos. Por pasos:
Debes tener presente que el símbolo de Lewis no cambia por haber comenzado a dibujar puntos en otra zona, o por haber dejado dos electrones juntos en cualquier otra posición. Lo que queremos decir, es que todos los símbolos de Lewis de un elemento son equivalentes entre sí mientras tengan la misma cantidad de electrones “solos” (desaparea- dos) y la misma cantidad de electrones apareados (de a dos). En el caso del nitrógeno, todos los siguientes símbolos de Lewis son equivalentes entre sí y significan lo mismo:
Los electrones que quedan de a dos reciben el nombre de “pares libres” de electrones y se pueden representar también mediante líneas. Luego, la ima- gen anterior se puede dibujar también como se muestra a continuación:
Al dibujar los pares libres de electrones como líneas es más fácil notar que todos los símbolos anteriores son equivalentes entre sí, pues en todos los casos el Nitrógeno tiene un par libre y tres electrones desapa- reados (“solos”).
Actividad 4: Aplica lo aprendido
Utilizando la tabla periódica de los elementos que aparece en la página 240, escribe en tu cuaderno los símbolos de Lewis para los siguientes elementos:
a) C c) As e) Br g) Na i) O b) Ne d) Ca f) P h) F j) Li Una vez que hayas terminado, responde: ¿Cómo son los símbolos de Lewis de elementos que pertenecen a un mismo grupo? y ¿qué signifi cará eso?
Objetivo: Desarrollar los símbolos de Lewis de diferentes elementos químicos.
Actividad indiv idual
N → N → N → N → N
N N N N
N N N N
Importante:
En general, los electrones que participan en la formación de los enlaces son los electrones desapareados (representados por “puntos solos”).
Como se ha comentado en reiteradas ocasiones a lo largo de este libro, los elementos buscan parecerse al gas noble más cercano, pues al tener las subcapas llenas consiguen su “anhelada” estabilidad.
Ahora, si lo analizas con detención, notarás que todos los gases nobles tienen ocho electrones en su última capa, salvo el helio que tiene solo dos. A partir de esto, se crearon dos reglas:
a) Regla del octeto: Dice que un elemento se combinará con otro con el fin de quedar rodeado de ocho electrones.
b) Regla del dueto: Dice que un elemento se combinará con otro con el fin de quedar rodeado de dos electrones.
Aunque la regla del octeto tiene excepciones, resulta muy útil para pre- decir la mayoría de las combinaciones de muchos elementos. Por su parte, la regla del dueto es la regla que sigue el hidrógeno y otros pocos elementos en sus combinaciones.
Por ejemplo:
El cloro (Z =17) de acuerdo a su configuración electrónica más externa 3s23p5 pertenece al grupo VIIA, o sea, tiene siete electrones en su últi- ma capa, por lo que tenderá a ganar un electrón para quedar rodeado de ocho electrones (para parecerse al argón (Z =18)), cumpliendo así la regla del octeto. En símbolos de Lewis:
Actividad 5: Aplica lo aprendido
Utilizando la tabla periódica (pág. 240), escribe en tu cuaderno los símbolos de Lewis de los siguientes elementos y luego predice el ion que tiende a for- mar para cumplir la regla del octeto o dueto según corresponda, dibujando también el símbolo de Lewis de éste. Ten presente que en algunos casos la regla del octeto y dueto se cumplen liberando electrones para quedarse solo con las capas anteriores que están completas y que no se dibujan en el sím- bolo de Lewis.
a) O c) Be e) Sr g) N b) H d) K f) l h) Li Objetivo: Comprender y aplicar la regla del dueto y del octeto en elementos químicos.
Actividad indiv idual
Cl + 1e – →� Cl - = Cl -
Desafío
¿Cuáles serían las excep- ciones?
Junto a dos compañeros más,
¿pueden descubrir cuáles son las mencionadas excepciones a la regla del octeto, en qué con- sisten y dar un ejemplo?
Actividad grup al
Desafío
¡Compruébalo!
Escribe en tu cuaderno la con- fi guración electrónica de los gases nobles y usándola, de- muestra que ellos no tienen la necesidad de enlazarse para cumplir con la regla del dueto o del octeto. Puedes apoyarte en la tabla periódica del texto (página 240).
Actividad indiv idual
UNIDAD 3: Enlace químico y fuerzas intermoleculares
más iones.
En los enlaces iónicos, los electrones se transfieren completamente de un átomo a otro. Durante este proceso de perder o ganar electrones, los átomos forman iones de cargas opuestas que después se atraen entre sí.
Para que suceda la transferencia de electrones, es necesario que uno de los elementos tenga baja electronegatividad y otro alta electronegativi- dad, es decir, un metal con un no metal, respectivamente.
Para la formación de un enlace iónico la diferencia de electronegativi- dad (� E.N.) entre los elementos que debe ser superior a 1,7. En símbo- los: � E.N. > 1,7.
Un ejemplo:
El sodio tiene una electronegatividad de 0,9 mientras que el cloro tie- ne una electronegatividad de 3,0. Las diferencia entre ellas (� E.N.) se tiene que:
∆ E.N. = E.N. Cl – E.N. Na = 3,0 – 0,9 = 2,1
Como el valor obtenido para la diferencia de electronegatividad (2,1) es mayor que 1,7, podemos asegurar que el enlace que se formará entre el sodio (Na) y el cloro (Cl) será iónico. Entonces, el metal (sodio) cederá un electrón al no metal (cloro), formándose un catión sodio (Na+) y un anión cloruro (Cl-), como se muestra a continuación.
Química y salud Muchos compuestos iónicos tienen aplicaciones en el área de la salud. Uno de ellos es el sulfato de bario (BaSO4), que se utiliza para obtener imá- genes del sistema digestivo mediante rayos X.
Recordando...
Fuerza electrostática:
Fuerza de atracción que se da entre especies de cargas opues- tas (positivas con negativas).
+ +
++
+
Na Cl Na+ Cl–
Na x + Cl →� Na + x Cl –
Desafío
Menciona un compuesto iónico y la aplicación de éste.
Actividad indiv
idual En símbolos de Lewis:
Actividad 6: Aplica lo aprendido
1 Utilizando las estructuras de Lewis, dibuja el diagrama para la formación del MgCl2 (cloruro de magnesio) a partir del ión cloruro, Cl–, y el ión magnesio, Mg2+.
2 Utilizando la tabla periódica de la fi gura 2.22 (página 109) que contiene los valores de electronegatividad, indica cuál o cuáles de los siguientes compuestos es (son) iónico(s): LiF, MgO, HCl, HI, K2S, AlH3, Cl2, CF4, MgI2.
Objetivo: Comprender el proceso de formación del enlace iónico.
Actividad indiv idual
Una vez formados los iones, estos se atraen para formar una red tridi- mensional que recibe el nombre de red cristalina, tal como se muestra en la figura 3.6.
Como se puede apreciar en la figura 3.6., el cloruro de sodio, NaCl (sal de mesa, la sal que usamos comúnmente), es un compuesto iónico donde sus iones se organizan formando cubos compactos. Esta organi- zación cúbica es la que le da a los cristales de sal la forma cúbica que podemos observar a nivel macroscópico. ¿Habías notado alguna vez que los cristales de la sal de mesa eran cúbicos?
Otro ejemplo de la formación de un compuesto iónico, esta vez el fluoruro de calcio (CaF2), utilizado, entre otros gases para fluorar el agua potable, entre otras cosas:
FIGURA 3.6. Formación de la red cristalina del cloruro de sodio (NaCl) a partir de muchos cationes sodio (Na+, representados por las esferas plomas) y muchos aniones cloruro (Cl–, representados por las esferas verdes).
FIGURA 3.7. Formación de la red cristalina del fl uoruro de calcio (CaF2) a partir de muchos cationes calcio (Ca+2, representados por las esferas lilas) y muchos aniones fl uoruro (F–, representados por las esferas amarillas).
Averígualo…
Existen opiniones divididas sobre la fl uoración del agua y de la le- che en Chile. Hay personas que consideran conveniente agregar aniones fl uoruro (F–) a esas sus- tancias, mientras otras hablan de su toxicidad a nivel neuronal. Te invitamos a investigar al respecto e informarte para tener tu propia opinión sobre este importante tema que nos afecta a todos.
Química en la web
En los siguientes link puedes encontrar simulaciones de la formación de enlaces iónicos y de redes cristalinas:
http://www.educaplus.org/play-77-Enlace-i%C3%B3nico.html http://www.hschickor.de/nacl.swf
11 protones 17 protones
10 electrones 18 electrones
catión sodio anión cloruro
red cristalina del cloruro de sodio (sal de mesa) Na+
Na+ +
Cl– Cl–
NaCl
20 protones 9 protones
18 electrones 10 electrones
catión calcio anión fl uoruro
Por cada cartión calcio (Ca2+) se necesitan dos aniones fl uoruro (F–)
para que las cargas se anulen
anión fl uoruro red cristalina del fl uoruro de Calcio Ca2+
Ca2+
+ + F–
F–
F– CaF2
Cloruro de sodio (NaCl), mejor conocido como “sal de mesa”
es un compuesto iónico típico:
sólido, quebradizo, con alto punto de fusión (801°C) que conduce la electricidad fundi- do o disuelto en agua.
Una fuente de NaCl es la sal de roca, que se encuentra en de- pósitos subterráneos de cientos de metros de espesor. También se obtiene del agua marina mediante la evaporación solar.
El consumo mundial de esta sustancia es alrededor de 150 millones de toneladas al año.
Para saber más
Averigua qué otros com- puestos iónicos existen y sus usos.
UNIDAD 3: Enlace químico y fuerzas intermoleculares
agua
agua Na+
Na+ Cl–
Cl–
�� Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente.
�� Tienen altos puntos de fusión y ebullición.
�� Generalmente son solubles (se disuelven) en agua y otros solventes polares.
�� Al entrar en contacto con el agua se separan en sus iones, o sea, se disocian.
�� Fundidos o disueltos son buenos conductores de la electricidad.
�� Son duros.
�� Son frágiles.
b) a)
Actividad 7: Aplica lo aprendido
Utilizando la tabla periódica de la fi gura 2.22 (página 109 de este texto) que contiene los valores de electronegatividad de muchos elementos, propón al menos 15 compuestos iónicos binarios (de dos elementos) que se pueden formar a partir de ellos.
Objetivo: Predecir la formación de enlaces iónicos a partir de la electronegati- vidad de algunos elementos.
tancia?
¿Qué es la fragilidad de una sustancia?
Para pensar
¿Cómo explicarías la fragilidad de los compuestos iónicos a partir de su estructura tridi- mensional (red cristalina)?
Desafío
¿Cómo se sabe la fórmula de los compuestos iónicos binarios?
Junto a dos compañeros más, intenta descubrir cómo se pue- de saber cuál es la fórmula de un compuesto iónico de dos elementos (binario). Como pis- ta: tiene que ver directamente con las cargas de los iones que se forman y que en toda fórmu- la química las especies positivas se escriben primero. El resulta- do de esta unión siempre es un compuesto neutro (sin carga).
Actividad grup al
OBSERVACIÓN: Se conoce con el nombre de sales a los compuestos formados por cationes metálicos y aniones no metálicos exeptuando el O2–y OH–. Por este motivo, todas las sales son compuestos iónicos.
Existen muchos ejemplos de sales, donde sin duda el más famoso es la sal de mesa (cloruro de sodio, NaCl) que ocupamos en nuestras casas.
FIGURA 3.8. a) Disolución de la sal en agua. Los iones se separan. b) Al encontrarse los iones de sal separados dentro del agua, la mezcla formada es capaz de conducir la electricidad, cerrando el circuito aunque los cables no se toquen. Esto permite que la ampolleta se prenda.
Actividad indiv idual
Actividad en p areja
